PENGUJIAN RESPON DOSIS RADIASI IONISASI DARI Nd SILIKA TERDOP
SEBAGAI MATERIAL THERMOLUMINESEN DOSIMETER
Rini Safitri
Jurusan Fisika, FMIPA Universitas Syiah Kuala Kopelma Darussalam, Banda Aceh, Indonesia
ABSTRAK
Pengujian Nd silika terdop sebagai Thermoluminesen Dosimeter (TLD) telah dilakukan dengan memilih salah satu dari pengujian karakteristik yang diperlukan yaitu pengujian respon dosis dari TLD. Untuk menguji respon dosis dilakukan dengan dua cara, pertama meradiasikan sampel dengan radiasi ionisasi yang berasal dari sinar X diagnostik, dengan variasi dosis yang diberikan adalah 3,4 mGy – 68,85 mGy dan menggunakan Linear Accelerator dengan dosis 0,5 Gy dan 6,5 Gy cara kedua yaitu mengukur dosis permukaan dari tubuh pasien yang diradiasikan dengan mengunakan Linear Accelerator,. Dari kedua cara tersebut teramati bahwa terjadi peningkatan secara linear respon TL terhadap penyinaran yang dilakukan. Berdasarkan adanya respons yang positif dari Nd silika terdop terhadap radiasi ionisasi dapat disimpulkan bahwa material ini akan dapat menjadi alternatif dari pengembangan material TLD.
Kata kunci: Nd terdop silica, respon dosis, TLD.
ABSTRACT
The examination of dose response for Nd-doped silica fibre as a thermoluminescence dosimeter (TLD) have been done in range energy ionization radiation. There are two ways for examination, first, irradiation sample with the diagnostic energy range from 3.4 mGy – 68.85mGy and, using radiotherapy energy range with Linear Accelerator from doses 0.5 Gy to 6.5 Gy. The second ways,
measured off body surface dose cancer patient by using Linear accelerator. From both examinations
were observed that there was an increase in a linear TL response to radiation is carried out. Based on the existence of a positive response from the Nd silica terdop against ionizing radiation can be concluded that this material would be an alternative of the TLD material development.
Keywords : Nd-doped, silica, doses response, TLD.
I. PENDAHULUAN
Penggunaan Thermoluminesens
Dosimeter (TLD) sebagai alat ukur dosis pada aplikasi ilmu radiasi saat ini berkembang dengan pesat. Perkembangan tersebut didasari pada beberapa kenyataan, diantaranya TLD merupakan suatu alat ukur dosis yang sangat sederhana, dan dapat ditempatkan diberbagai bagian yang diinginkan. Penempatan TLD bertujuan dapat
mengetahui dosis yang diterima TLD dari paparan radiasi. Penggunaan TLD yang sangat luas, terutama dimanfaatkan pada bidang Radiotherapi. Sasaran utama yang ingin dicapai pada bidang radiotherapi ini adalah keakuratan dosis yang diterima pasien yang mengalami perawatan menggunakan radiasi pengion.
Teknologi TLD sangat berkembang, diawali dengan ditemukannya berbagai
material yang memiliki respon yang tinggi jika disinari dengan radiasi. Material yang sangat populer penggunaannya sebagai alat ukur dosis adalah material seperti, lithium fluoride (LiF), lithium borate (Li2B4O7), dan beryllium oxide (BeO). Juga material lain seperti aluminum oxide, calcium sulphate (CaSO4) dan calcium fluoride (CaF2).
Perkembangan ilmu material
memotivasi beberapa peneliti mencari berbagai material lain yang dapat dimanfaatkan sebagai TLD, material yang mendapat perhatian terutama dalam bidang Telekomunikasi yaitu material berbahan dasar serat optik. Pemilihan serat optik merujuk pada kenyataan bahwa material tersebut peka terhadap cahaya.
Didasari pada kenyataan diatas maka telah dilakukan suatu penelitian terhadap suatu bahan berjenis serat optik yang paling berpotensi memiliki respon yang cukup tinggi terhadap radiasi ionisasi 1,2. Terutama sekali adalah radiasi yang digunakan dalam bidang Radiotherapy. Bahan berserat optik yang diduga memiliki respon terhadap radiasi yaitu Nd silika terdop. Pengujian awal yang dilakukan adalah dengan meradiasikan sample terhadap sinar-X berenergi diagnostik, tujuannya untuk membuktikan Nd Silika terdop memiliki peluang yang dapat dipilih sebagai suatu material TLD. Pengujian Nd Silika terdop sebagai TLD tersebut juga dilakukan dengan penyinaran secara bersamaan pada beberapa pasien yang menderita penyakit kanker dan diharuskan melakukan perawatan dengan radiasi pengion di bagian Radiotherapy Rumah Sakit Pantai
Mutiara Penang Malaysia . Dari hasil pengujian yang dilakukan dapat disimpulkan bahwa Nd Silika terdop memiliki respon yang sangat baik terhadap radiasi ionisasi sehingga memiliki potensi dan dapat digunakan sebagai material TLD alternatif.
II. FENOMENA
THERMOLUMINESENCE
Bahan yang dapat menunjukkan fenomena dari TL antara lain adalah bahan isolator yang mempunyai model pita energi . Oleh sebab itu, konsep dasar untuk menjelaskan fenomena TL adalah konsep pita energi elektron (model pita). Dalam model ini digambarkan bahwa pada kristal terdapat tingkat-tingkat energy tertentu yang dipisahkan oleh suatu pita larangan.
Model pita energi terdiri atas pita valensi, daerah perangkap dan daerah konduksi. Mekanisme termoluminesensi dapat dijelaskan seperti pada Gambar 1.
Interaksi antara radiasi pengion dengan fosfor dapat terjadi melalui proses fotolistrik, hamburan Compton, produksi pasangan serta ionisasi langsung 2. Peristiwa tersebut dapat menimbulkan ionisasi pada materi sehingga dihasilkan pasangan ion berupa elektron bebas bermuatan negatif dan ion positif berupa atom atau molekul yang kekurangan elektron dan disebut lubang. Elektron bebas yang telah menyerap energi radiasi memiliki energi yang cukup sehingga dapat melompat dari pita valensi menuju pita konduksi (langkah 1). Dalam pita konduksi ini elektron dapat bergerak bebas (langkah 2), sehingga akhirnya terperangkap di dalam pusat muatan positif atau perangkap elektron (langkah 3). Jumlah elektron yang terperangkap akan sebanding dengan jumlah ionisasi yang terjadi, sedang jumlah ionisasi ini sebanding pula dengan energi atau dosis radiasi yang sebelumnya diterima materi 3. Loncatan elektron ke pita konduksi akan meninggalkan lubang bermuatan positif yang dapat bergerak bebas di dalam pita valensi (langkah 2). Lubang bebas ini pada akhirnya juga terperangkap di dalam pusat muatan negatif atau perangkap lubang (langkah 3) 3.
III. DOSIMETER
TERMOLUMINESENSI
Berdasarkan fenomena TL akan diperoleh berbagai informasi mengenai dosis radiasi yang diterima oleh material. Dalam hal ini bahan itu berperan sebagai dosimeter
radiasi. Prinsip dasar dalam pemanfaatan fenomena TL untuk dosimeter radiasi ini adalah bahwa akumulasi dosis radiasi yang diterima bahan akan sebanding dengan intensitas pancaran TL dari bahan tersebut. Ada delapan senyawa organik yang umumnya dimanfaatkan fenomena TL memiliki karakteristik sesuai dengan yang dibutuhkan dalam dosimetri radiasi. Dari delapan unsur tersebut, empat di antaranya memiliki nomor atom efektif (Z) yang rendah (setara dengan Z efektif jaringan tubuh manusia), yaitu : lithium fluorida (LiF), lithium borat (Li2B4O7), beryllium oksida (BeO) dan magnesium borat (MgB4O7). Sedang empat senyawa lainnya merupakan materialyang tidak ekivalen dengan jaringan tubuh manusiaatau merupakan bahan dengan Z tinggi, yaitu : kalsium sulfat (CaSO4), calsium fluorida (CaF2), aluminium oksida (Al2O3) dan magnesium orthosilikat (Mg2SiO4). Bahan yang dapat memenuhi prinsip TL dan dapat berperan sebagai dosimetri itu dikenal sebagai bahan dosimeter termoluminesensi atau lebih sering
dikenal dengan singkatan TLD
(thermoluminescencedosemeter) 4.
IV. METHODOLOGI
Pengujian dilakukan dengan
meradiasikan sample Nd silika terdop terhadap sinar X yang berenergi diagnostik, Sample tersebut diperlakukan sebagai TL Dosimeter, Ukuran yang dipilih mendekati ukuran TL dosimeter LiF yang berbentuk
rod. Selanjutnya sampel disinari dengan sinar X dengan dosis terukur sebesar 101,1 mGy. Setelah sample disinari seluruh sample tersebut diuji untuk mengetahui bagaimana respon sampel terhadap radiasi dengan menggunakan TL Reader merk Harshaw jenis 3500. Berdasarkan pengamatan dari pembacaaan respon terhadap radiasi diperoleh bahwa Nd Silika terdop memiliki tingkat respon terhadap radiasi cukup tinggi sekitar 9-11 nC 1. Pengujian juga dilakukan pada pasien penderita kanker yang diharuskan melakukan perawatan penyakit kanker di bagian Radiotheraphy Rumah Sakit Pantai Mutiara Penang. Dalam melakukan penyinaran, Nd Silika terdop sebagai TLD ditempatkan pada sebuah kantong plastik dan ditempelkan di permukaan kulit pasien. Selanjutnya pasien dan Nd silika terdop sebagai TLD disinari dengan dosis yang telah diatur. Nd silika terdop sebagai TLD tersebut juga telah melalui serangkain pengujian karakteristik yang yang didasari pada konsep dosimetri yang berlaku antara lain pengujian terhadap, respon dosisnya,
V. HASIL PEMBAHASAN
Dari hasil pengamatan yang telah dilakukan terhadap pengujian karakteristik dari Nd Silika terdop sebagai TLD diperoleh bahwa respon terhadap dosis yang diberikan dengan variasi dosis dapat teramati pada Gambar 1, yang merupakan gambar Respon TL Nd silica terdop sebagai fungsi dari dosis yang terbentuk dari hasil penyinaran radiasi
dengan varisi dosis dari 3,4 mGy sampai 68,85 mGy, Dari grafik tersebut teramati bahwa respon TL dari Nd silika terdop menunjukkan kenaikan yang linear sebanding dengan kenaikan dosis yang diberikan, gradien yang ditunjukkan adalah sebesar y = 0,0628x + 0,319. Dosis minimum yang terbaca adalah sekitar 0,507 nC dengan dosis 3,4 mGy. y = 0.0628x + 0.3916 R2 = 0.9849 0 2 4 6 0 10 20 30 40 50 60 70 Dose (mGy) T L r e a d in g ( n C )
Gambar 1. Kurva respon TL-dose respon curve untuk dosis rendah (3,4 sampai 68,85mGy).
Pengamatan selanjutnya dilakukan dengan memberikan dosis yang lebih tinggi yaitu bukan dalam lingkungan radiasi radiodiagnostik tetapi Radiotherapy yang dilakukan di Rumah Sakit Pantai Mutiara Penang dengan menggunakan Linear accelerator (Primus Siemens B7), dengan berkas foton 6 MV, jangkauan dosis nya 0,5 - 6 Gy (Gambar 2). Pemilihan dosis dikarenakan bahwa dosis tersebut sangat
umum digunakan pada perawatan
Gambar 2. Kurva TL-respon dosis dalam jangkauan dosis tinggi (0,5 Gy to 6 Gy).
Kurva tersebut menunjukan kenaikan yang cukup linear yaitu dengan faktor kemiringan 0,9896. Kelinearan yang terjadi memberikan respon yang sangat baik bagi Nd silika terdop sebagai material TL alternatif yang dipilih.
Tahapan berikut yang dilakukan adalah penyinaran Nd silika terdop bersamaan dengan pasien. Pada pengujian ini sampel Nd terdop yang telah di masukkan didalam plastik diletakkan dipermukaan tubuh pasien yang mengalami perawatan penyakit kanker dan teramati pada Tabel 1. material TL dosimeter terutama untuk energi radiasi berdosis tinggi atau beradiasi tinggi.
Dari Tabel 1 teramati bahwa pasien yang mendapatkan dosis yang tinggi 214 cGy untuk penderita kanker paru-paru, maka respon TL dari Nd silika terdop adalah 36,599 nC dan radiasi dengan dosis sebesar 80 cGy yang diradiasikan pada kanker tonsil menunjukkan response dosis nya sebesar 6,44 nC, dari data tersebut dapat dikatakan bahwa terjadi peningkat response dosis seiring dengan penambahan dosis. Respon
yang sangat baik tersebut dapat memberi kesimpulan bahwa Nd silica terdop dapat menjadi suatu material alternatif sebagai
Tabel 1. Respon TL dari Nd terdop Si yang ditempatkan pada permukaan tubuh pasien yang melakukan perawatan penyakit kanker. Pasien Dosis TL Respon (nC) Kanker
Payudara 1 200 cGy (6 MeV) 33.619 Kanker
Payudara 2 214 cGy (9 MeV) 36.599 Kanker
Pernafasan 160 cGy (6 MeV) 26.687 Restosagmoid
cancer (10 MeV) 95 cGy 10.879 Tonsil cancer
(left eye) 80 cGy (6 MeV) 6.444
Tonsil cancer (right eye)
80 cGy (6
MeV) 6.412
VI. KESIMPULAN
Pengujian yang dilakukan terhadap Nd silika terdop sebagai TLD dapat menunjukkan gambaran yang positif ditinjau dari pengukuran parameter respon dosis yang dilakukan, dimana teramati bahwa respon TL dari Nd silika terdop menunjukkan kenaikan yang linear sebanding dengan
kenaikan dosis yang diberikan,baik
menggunakan radiasi ionisasi berenergi diagnostik dan radiotheraphy. Hal ini juga dapat ditunjukan pada pengukuran dosis permukaan yang dilakukan pada pasien penderita penyakit kanker yang diradiasikan di Rumah Sakit Pantai Mutiara Penang. Dari hasil yang ditunjukkan dapat disimpulkan bahwa Nd silika terdop dapat menjadi material TLD alternatif. y = 8.1526x - 0.4454 R2 = 0.9896 0 20 40 60 0 1 2 3 4 5 6 7 Dose (Gy) TL Intensity (nC)
UCAPAN TERIMA KASIH
Ucapan terima kasih penulis haturkan pada staf dan laboran, Laboratorium Fisika Medis University Sains Malaysia, Penang.
DAFTAR PUSTAKA
1. YUSOFF, A.L., HUGTENBURG, R.P. AND BRADLEY, D.A., (2005). Review
of development of silica-based
thermoluminescence dosimeter.
Radiation Physics Chemistry, 74, 459 – 481.
2. ABDULLA, Y.A, AMIN, Y.M. AND
BRADLEY, D.A., (2001). The
thermoluminescence respon of Ge doped optical fiber subjected to photon
irradiation. Radiation Physics
Chemistry, 61, 409-410.
3. AKHADI, M., Pengantar Teknologi Nuklir, Rineka Cipta, Jakarta, 1997. 4. AKHADI, M, 2000, Dasar-Dasar
Proteksi Radiasi, Rineka Cipta, Jakarta. 5. AMIN Y.M, AND NG, K. H., Ge doped
optical fiber as a thermoluminesence dosimetery in Diagnostic X-ray
Measurement, 3rd SEACOMP,
Procedding, Kuala Lumpur, 2004, 73 – 77.
6. RINI SAFITRI, M.S. JAAFAR. AND A. SHUKRI, M.K. (2005). Study of
Nd-doped Silica Fiber as A
Thermoluminescence Dosimeter for X-Rays in the Diagnostic Energy Range. Proceeding, Presented at: 3rd Kentingan
Physics Forum, 24 September 2005, Solo, Indonesia.
